un supermasivo agujero negro Smack-bang en Cosmic Dawn ha batido el récord del agujero negro más antiguo que jamás hayamos visto.
Ha sido detectado en una galaxia conocida como UHZ1, sólo 470 millones de años después de la Big Bang, un período de tiempo en el que el Universo aún era solo un bebé. De hecho, es tan temprano en el Universo que el agujero negro se encuentra en una etapa de desarrollo que nunca antes habíamos visto: tiene una masa similar a la de la galaxia anfitriona que crece a su alrededor.
Está tan lejos (con una luz que ha viajado durante 13.200 millones de años para llegar hasta nosotros) que para encontrarlo se requirió el poder combinado del observatorio de rayos X Chandra, el Telescopio Espacial James Webb (JWST) y un capricho de la relatividad. acechando en las turbias profundidades del tiempo y el espacio.
El descubrimiento, según un equipo dirigido por el astrofísico Akos Bogdan del Centro Harvard-Smithsonian de Astrofísica (CfA), constituye una evidencia clave del modo de formación de un agujero negro supermasivo que requiere el colapso gravitacional directo de una enorme nube de gas en una ultradensa objeto que luego crece cada vez más a medida que pasa el tiempo.
“Existen límites físicos sobre la rapidez con la que agujeros negros pueden crecer una vez que se han formado, pero los que nacen más masivos tienen ventaja”, dice el astrofísico Andy Goulding de la Universidad de Princeton. “Es como plantar un árbol joven, que tarda menos en crecer hasta convertirse en un árbol de tamaño completo que si se comenzara con sólo una semilla”.
Lo que pasa con los agujeros negros supermasivos es que son casi incomprensiblemente enormes. Sagitario A*, el agujero negro supermasivo en el corazón de la Vía Láctea, es un enorme 4,3 millones de veces la masa del Sol – y es relativamente modesto, en lo que respecta a los agujeros negros supermasivos.
Realmente no sabemos cómo estos objetos se vuelven tan confusos, pero una cosa está quedando muy clara: hay Muchos más de ellos en el Universo temprano. de lo que esperábamos que hubiera, y son demasiado masivo haber crecido tanto a partir de algo del tamaño de una estrella, poco después del Big Bang.
La mejor manera de descubrir qué está pasando es echar un vistazo y hacer deducciones basadas en lo que observamos, pero esa primera parte es mucho más fácil de decir que de hacer.
El Amanecer Cósmico, que cubre aproximadamente los primeros mil millones de años después del Big Bang, está realmente muy lejos, y cualquier luz en esos confines distantes es muy tenue y muy roja, atenuada por la tramo de expansión del espacio-tiempo.
JWST es el telescopio espacial más poderoso jamás construido y ve el Universo en esa luz roja. Aun así, eso no es suficiente.
Para detectar UHZ1, Bogdan y su equipo aprovecharon una peculiaridad de la relatividad llamada lente gravitacional. Estos existen porque una enorme cantidad de gravedad en un lugar, como la gravedad de un cúmulo de galaxias, hace que el espacio-tiempo se curve a su alrededor. Cualquier luz que viaje a través de ese espacio-tiempo curvo desde partes más distantes del Universo puede magnificarse, replicarse y distorsionarse.
UHZ1 se encuentra más allá de un cúmulo de galaxias a unos 3.500 millones de años luz de distancia llamado Abell 2744, cuya gravedad provocó una ampliación cuatro veces mayor de la luz de UHZ1. Esto significó que JWST podía discernir la luz de la propia galaxia; y Chandra pudo distinguir la radiación X emitida por el gas que gira alrededor del agujero negro supermasivo en su centro.
A partir de esta luz, Bogdan y su equipo estimaron la masa tanto del agujero negro como de la galaxia que lo rodea. Si el agujero negro devora material al máximo ritmo que puede, su masa sería entre 10 y 100 millones de veces la masa del Sol. Y tiene aproximadamente la misma masa que el resto de las estrellas de la galaxia UHZ1. conjuntoencontraron los investigadores.
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Típicamentela relación entre la masa de un agujero negro y la de su galaxia anfitriona es aproximadamente medio por ciento. Las masas involucradas aquí sugieren que UHZ1 y su agujero negro aún se encuentran en sus etapas más tempranas, y que la semilla del agujero negro debe haberse formado a partir de un colapso directo, en lugar de una lenta acreción.
“Creemos que esta es la primera detección de un ‘agujero negro de gran tamaño’ y la mejor evidencia obtenida hasta ahora de que algunos agujeros negros se forman a partir de nubes masivas de gas”. dice astrofísico Priyamvada Natarajan de la Universidad de Yale. “Por primera vez estamos viendo una breve etapa en la que un agujero negro supermasivo pesa aproximadamente tanto como las estrellas de su galaxia, antes de quedarse atrás”.
Eso no quiere decir que el modelo de acreción lenta no pueda ser también cierto, al menos para algunos agujeros negros supermasivos. Pero la evidencia sugiere acumulativamente que, al menos en el Universo temprano, el colapso directo es la mejor manera de crear un agujero negro súper grande.
Aún así, apenas hemos arañado la superficie de lo que JWST podría encontrar en el Universo temprano. El turbio amanecer de los tiempos sin duda aún tiene más sorpresas para nosotros.
La investigación ha sido aceptada en Naturaleza Astronomíay está disponible en el servidor de preimpresión arXiv.